AICD智能控水模型影响因素研究

＊胡文丽 邹信波 牛胜利 李清泉 喻高明 刘云*

（1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司 广东 518000 2.长江大学石油工程学院 湖北 430100）

引言

国内油田大部分已进入生产中后期，由于注入水和边水突进以及底水锥进，油井综合含水高，产油量较低，需要先进的控水工艺调整产液剖面，降低含水，增加产油量，提高生产中后期高含水油田的采收率。

智能AICD（Autonomous Inflow Control Device）控水是在半智能ICD（Inflow Control Device）基础上形成的智能完井控水技术。AICD控水主要机理：伯努利原理、分相分流原理。AICD装置能够根据流体性质和流动路径自动限流和自动分相分流，有效限制低粘度流体流动，延缓注入水和边底水进入井筒，从而均衡井筒流入剖面。AICD完井模拟方法[1-5]包括：油藏工程方法、NETool和Starse公司软件。目前不同控水完井工艺数值模拟中，油藏工程方法和NETool属于稳态模拟，虽然能考虑油藏的非均质性，但很难准确模拟油藏中油水运动规律，Starse公司软件没有商业化。综上所述，目前控水完井工艺数值模拟方法不成熟，商业模拟器Petrel RE控水建模和数值模拟相对比较成熟，可以模拟AICD的控水完井工艺，但是对控水模型影响因素进行研究的很少。

本文基于PetrelRE对AICD控水模型影响因素（体积流量指数x、粘度函数指数y、AICD强度αAICD、原油密度和原油粘度）进行了研究，根据研究成果指导某油井采用AICD控水完井，取得较好的降水增油效果。

1.AICD控水模拟模型

国内油田常采用浮片式AICD（图1），包括自由浮动盘活动部件。浮片式AICD智能控水技术原理：基于伯努利方程能量守恒原理，通过流体粘度的变化自动控制自由浮动盘的开度。当粘度较高的原油流经装置时，入口流速较小，入口压力变大，自由浮动盘下移自动调大开度；当粘度较低的水流经装置时，自由浮动盘上移自动调小开度，从而实现智能化控水、增油的目的。

图1 浮片式AICD智能控水装置结构图

通过AICD阀的压降方程[6]为：

式中：

αAICD—实验测定的强度参数，与AICD的型号有关，MPa/((Kg/m3)(m3/d)x)；

q—流入井筒的体积流量，m3/d；

μexp—实验测定强度参数时，所用流体的粘度，Pa·s；

ρexp—实验测定强度参数时，所用流体的密度，Kg/m3；

qexp—实验测定强度参数时，所用流体的校正流量，m3/d；

μmix—地下流体的粘度通过乳状物粘度模型计算油水乳状物粘度，基于持液率和持气率加权计算地下油气水混合物流体粘度，Pa·s；

ρmix—地下流体的密度基于持油率、持水率和持气率加权计算地下油气水混合物流体密度，Kg/m3；

χ—体积流量指数，无因次；

y—粘度函数指数，无因次。

2.AICD控水模型影响因素研究

研究油藏为底水油藏，孔隙度为22.6%，渗透率均值为2500mD，地层压力为14MPa，饱和压力为9.52MPa，地层原油密度为0.87g/cm3，地层原油粘度为17.1mPa·s。

(1)建立AICD控水完井模型

AICD适用于非均质性地层，根据地层物性的不同来有效地划分层段，因此只有使用封隔器把相同物性的层段划分在一起，以有效的实现控制高含水层段，放大高含油层的生产目的。5.5”AICD筛管安装3个5.5”×8”遇液膨胀封隔器，将产层分为4段，每段分别安装7.5mmAICD阀个数为6个，14个，8个，8个，共36个AICD阀。在Petrel RE中通过封隔器将控水完井模型分成设计的段数，在每段添加相应的设计的AICD阀数，建立了相应的控水完井模型（图2）。

图2 建立AICD控水完井模型图

(2)AICD控水模型影响因素研究

在RE模拟器中，基于建立的控水完井建模模型，建立AICD基础模拟方案。

①体积流量指数χ

在RE模拟器中，基于AICD基础方案，建立不同体积流量指数的方案（体积流量指数不同，其它模型参数相同），进行流量指数χ敏感性研究，计算结果见图3。

图3 流量指数χ敏感性图

体积流量指数χ是AICD阀的压降方程中体积流量与实验流量比值的指数，从通过AICD阀的压降方程可以看出，实验流量是定值，随着体积流量指数χ的增加，通过AICD阀的压降增加。从图中可以看出，相同累产油下，随着体积流量指数χ的增加，过阀压降增加，含水率上升变慢；在相同含水率下，随着体积流量指数χ的增加，累产油增加。当油井后期提液时，体积流量指数χ对通过AICD阀的压降影响很大。

②粘度函数指数y

在RE模拟器中基于AICD基础方案，建立不同粘度函数指数y的方案（粘度函数指数y不同，其它模型参数相同），进行粘度函数指数y敏感性研究，计算结果见图4。

图4 粘度函数指数y敏感性图

粘度函数指数y是AICD阀的压降方程中实验粘度和地下流体粘度比的指数，从通过AICD阀的压降方程可以看出，实验粘度是定值，随着粘度函数指数y的增加，通过AICD阀的压降减小。从图中可以看出，相同累产油下，随着粘度函数指数y的增加，过阀压降减小，含水率增加；在相同含水率下，随着粘度函数指数y的增加，累产油减小。

③AICD强度αAICD参数

在RE模拟器中，基于AICD基础方案，建立不同AICD强度的方案（AICD强度不同，其它模型参数相同），进行AICD强度αAICD敏感性研究，计算结果见图5。

图5 AICD强度αAICD参数敏感性图（单位：psi/((ιb/ft3/d)x))

AICD强度αAICD参数是实验测定的强度参数，与AICD的型号有关，是综合性参数，从通过AICD阀的压降方程可以看出，过阀压降与AICD强度αAICD参数是线性关系，随着AICD强度αAICD参数的增加，通过AICD阀的压降增加。从图中可以看出，相同累产油下，随着AICD强度αAICD参数的增加，过阀压降增加，含水率上升变慢；在相同含水率下，随着AICD强度αAICD参数的增加，累产油增加。

④原油密度

在RE模拟器中，基于AICD基础方案，建立不同原油密度的方案（原油密度不同，其它模型参数相同），进行原油密度敏感性研究，计算结果见图6。

图6 原油密度敏感性图（单位：g/cm3）

从图中可以看出，相同累产油下，随着原油密度的增加，原油流动阻力增加，含水率增加；在相同含水率下，随着原油密度的增加，累产油减小。

⑤原油粘度

在RE模拟器中，基于AICD基础方案，建立不同原油粘度的方案（原油粘度不同，其它模型参数相同），进行原油粘度敏感性研究，计算结果见图7。

图7 原油粘度敏感性图（单位：cp)

从图中可以看出，相同累产油下，随着原油粘度的增加，水油流度比增加，含水增加；在相同含水率下，随着原油粘度的增加，原油流动阻力增加，累产油减小。

综上所述，随着粘度函数指数y、原油密度和原油粘度的增加，含水率增加，随着体积流量指数χ和AICD强度αAICD参数的增加，含水率上升变慢；随着粘度函数指数y、原油密度和原油粘度的增加，累产油减小，随着体积流量指数χ和AICD强度参数的增加，累产油增加。

(3)AICD控水效果

在RE中建立AICD控水完井和筛管完井方案，方案中控水完井方式不同，模型参数相同。图8为AICD控水完井和筛管完井控水效果比较图，从图可以看出，最高含水率降低0.11，累产油增加5.9×104STB，降水增油效果显著。因此，AICD控水完井工艺是高含水油田稳油控水和提高油藏采收率的关键控水增产技术。

图8 不同完井方式含水率和累产油图

3.结论

（1）控水完井工艺是解决油井高含水问题的关键控水增产技术。Petrel RE能对AICD完井进行建模和数值模拟，为影响因素研究提供技术支持。

（2）随着粘度函数指数y、原油密度和原油粘度的增加，含水率增加，累产油减小；随着体积流量指数χ和AICD强度αAICD参数的增加，含水率上升变慢，累产油增加，为AICD控水工艺的数值模拟及现场控水工艺参数设计提供重要参考。

（3）相比筛管完井，AICD控水完井降水增油效果显著。

（4）目前智能控水工艺的现场应用缺少最优化理论的指导，若能结合油藏流体、储层性质，优选AICD阀参数及井筒控水工艺参数，控水工艺效果将进一步提升，可以取得更好的降水增油效果和综合经济效益。